تجزیه و تحلیل علت و اقدامات پیشگیری از ترک های جوشکاری

در درز جوش یا ناحیه درز نزدیک، به دلیل تاثیر جوش، ترکیب اتمی مواد از بین می رود و درز ایجاد شده در اثر تشکیل یک رابط جدید، ترک جوش نامیده می شود که با شکاف تیز مشخص می شود. و نسبت تصویر بزرگ
بر اساس دما و زمان وقوع، ترک ها را می توان به ترک های گرم، ترک های سرد، ترک خوردگی تنشی و پارگی لایه ای تقسیم کرد. در تولید جوش، مکان های زیادی وجود دارد که در آن ترک ایجاد می شود. برخی ترک ها روی سطح جوش ظاهر می شوند و با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند. برخی از آنها در داخل جوش پنهان هستند و تنها از طریق تشخیص عیب قابل یافتن هستند. برخی از آنها روی جوش رخ می دهد. و برخی در منطقه تحت تأثیر گرما رخ می دهد. شایان ذکر است که ترک ها گاهی در حین فرآیند جوشکاری ایجاد می شود و گاهی پس از قرار دادن جوش و یا کارکرد آن برای مدتی بعد از جوشکاری ظاهر می شود. به دومی ترک های تاخیری می گویند که مضرتر هستند. محل و انواع ترک های رایج در شکل زیر نشان داده شده است.
تصویر

محل و نوع ترک های رایج
2. خطرات ترک های جوش
ترک جوش مضرترین عیب است. شکاف تیز در انتهای ترک علاوه بر کاهش ظرفیت باربری اتصال جوشی باعث تمرکز جدی تنش، گسترش ترک و در نهایت تخریب ساختار جوش شده و محصول می شود. قراضه باعث تصادفات جدی شود. به طور کلی ترک ها یک عیب غیر مجاز در اتصالات جوشی هستند. پس از یافتن، باید کاملاً برداشته و تعمیر و جوش داده شود.
3. علل و اقدامات پیشگیری از ترک های جوش
با توجه به علل مختلف و مکانیسم های تشکیل ترک های مختلف، در زیر به سه نوع ترک گرم، ترک سرد و ترک های گرم شده به طور جداگانه پرداخته می شود.
3.1، کرک داغ
ترک های حرارتی عموماً به ترک هایی اطلاق می شود که در دماهای بالا (از نزدیک محدوده دمای انجماد تا بالای خط A3 در نمودار تعادل آهن-کربن) ایجاد می شوند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، همچنین به عنوان ترک های با دمای بالا یا ترک های کریستالیزاسیون شناخته می شوند.
تصویر

ترک‌های داغ معمولاً در داخل جوش ایجاد می‌شوند و گاهی اوقات می‌توانند در ناحیه تحت تأثیر گرما نیز ظاهر شوند، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
تصویر

دلیل:
با توجه به پدیده تفکیک در حوضچه مذاب جوش در طی فرآیند تبلور، یوتکتیک نقطه ذوب پایین و ناخالصی ها در طول فرآیند تبلور جداسازی را در لایه بین لایه مایع ایجاد می کنند و استحکام پس از انجماد نیز کم است. هنگامی که تنش جوش به اندازه کافی بزرگ باشد، لایه میانی مایع آزاد می شود. لایه‌ها یا فلز جامد تازه جامد شده از هم جدا می‌شوند تا شکاف ایجاد کنند.
علاوه بر این، اگر یوتکتیک ها و ناخالصی های کم ذوب در مرزهای دانه فلز پایه وجود داشته باشد، این ترکیبات کم ذوب ذوب می شوند تا یک لایه میانی مایع در منطقه متاثر از گرما که دمای حرارت از نقطه ذوب آن فراتر می رود، تشکیل دهند. هنگامی که تنش کششی جوشکاری به اندازه کافی بزرگ باشد، از هم جدا می شود تا ترک های روانگرایی در ناحیه متاثر از حرارت ایجاد شود.
به طور خلاصه، وقوع ترک های حرارتی نتیجه اثرات ترکیبی عوامل متالورژیکی و مکانیکی است.
جلوگیری:
اقدامات برای جلوگیری از ترک های حرارتی می تواند از دو جنبه عوامل متالورژیکی و عوامل مکانیکی شروع شود.
کنترل محتوای عناصر مضر و ناخالصی های فلز پایه و مواد مصرفی جوش
محتوای عناصر به راحتی جدا شده و ناخالصی های مضر را در فلز پایه و مواد جوش (از جمله میله جوش، سیم جوش، شار و گاز محافظ) محدود کنید. به ویژه محتوای عناصر ناخالصی مانند گوگرد و فسفر باید کنترل شود و میزان کربن آن کاهش یابد.
گوگرد عملاً در فولاد نامحلول است و با آهن سولفید آهن (FeS) که نقطه ذوب پایینی دارد تشکیل می دهد. در حین جوشکاری، وجود سولفید آهن منجر به ترک داغ جوش و ترک های روانگرایی در ناحیه متاثر از گرما می شود که عملکرد جوشکاری را بدتر می کند. همان گوگرد در مرز دانه به شکل یک لایه وجود دارد که باعث کاهش انعطاف پذیری و چقرمگی فولاد می شود. به طور کلی، میزان گوگرد در فولاد مورد استفاده برای جوشکاری نباید از 0.045 درصد تجاوز کند. گاهی اوقات کنترل های سخت تری مورد نیاز است.
فسفر انعطاف پذیری و چقرمگی فولاد را کاهش می دهد، دمای انتقال شکننده فولاد را افزایش می دهد و باعث ایجاد ترک در جوش ها و مناطق متاثر از حرارت می شود. محتوای فسفر نباید از 0.055 درصد تجاوز کند. گاهی اوقات کنترل های سخت تری مورد نیاز است.
عملکرد جوش مواد ارتباط نزدیکی با محتوای کربن دارد. هر چه میزان کربن فولاد بیشتر باشد، جوش پذیری ضعیف تر است. به طور کلی اعتقاد بر این است که محتوای کربن در جوش کمتر از 0.10 درصد کنترل می شود و حساسیت ترک حرارتی را می توان تا حد زیادی کاهش داد.
ترکیب شیمیایی فلز جوش را تنظیم کنید، ساختار جوش را بهبود بخشید، دانه جوش را برای بهبود انعطاف پذیری آن، کاهش یا پراکنده کردن درجه تفکیک، و کنترل اثرات مضر یوتکتیک با نقطه ذوب پایین، اصلاح کنید.
به عنوان مثال، هنگام جوشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی، استفاده از جوش ساختار دوفاز آستنیت به علاوه فریت می تواند مقاومت در برابر ترک حرارتی آن را بهبود بخشد. درز جوش آستنیتی تک فاز مستعد ترک های داغ است.
برای کاهش محتوای ناخالصی در جوش و بهبود درجه تفکیک در حین کریستالیزاسیون از میله یا شار جوش پایه استفاده کنید.
مشخصات جوش را کنترل کنید، ضریب شکل جوش را به طور مناسب افزایش دهید، روش جوشکاری چند لایه چند پاسی را اتخاذ کنید، از جداسازی خط مرکزی اجتناب کنید و از ترک‌های خط مرکزی جلوگیری کنید. هنگام جوشکاری، نسبت عرض جوش به ضخامت جوش در بخش جوش تک پاس را ضریب شکل یا ضریب شکل جوش جوش می‌گویند. زمانی که ضریب شکل درز جوش خیلی کوچک باشد، درز جوش باریک و عمیق است و ناخالصی هایی با نقطه ذوب پایین در مرکز درز جوش جمع می شوند که احتمال ایجاد ترک های حرارتی را بسیار افزایش می دهد. هنگامی که ضریب شکل درز جوش بزرگ است، درز جوش عریض و کم عمق است، یوتکتیک ها و ناخالصی های کم ذوب در ناحیه نزدیک به سطح جوش جمع می شوند و تمایل به ترک خوردگی خط مرکزی را بسیار کاهش می دهند.
اقداماتی را برای کاهش تنش جوش انجام دهید
اقدامات فناورانه مختلفی را برای کاهش تنش جوش انجام دهید، مانند اتخاذ ترتیب و روش جوشکاری معقول، استفاده از انرژی ورودی کمتر جوشکاری، روش کلی پیش گرمایش و چکش کاری و غیره.
پر کردن دهانه قوس در حین بسته شدن قوس می تواند از ترک های دهانه قوس جلوگیری کند.
3.2، کرک سرد
ترک‌های سرد معمولاً به ترک‌هایی گفته می‌شود که توسط جوش زیر دمای A3 در طول فرآیند خنک‌سازی ایجاد می‌شوند. دمایی که در آن ترک ها تشکیل می شوند معمولاً زیر 300 تا 200 درجه است که در محدوده دمای تبدیل مارتنزیتی قرار دارد، بنابراین به آن ترک سرد می گویند.
ترک های سرد می توانند بلافاصله پس از جوشکاری یا پس از مدت طولانی پس از جوشکاری ظاهر شوند، بنابراین به آنها ترک تاخیری نیز می گویند. از آنجایی که ایجاد ترک های سرد مربوط به هیدروژن است، به آن ترک های ناشی از هیدروژن نیز می گویند. تولید ترک های سرد ماهیت تاخیری دارد که ممکن است باعث بروز حوادث جدی غیر منتظره شود. بنابراین، خطرناک تر است و باید به آن توجه کامل شود.
تصویر

دلایل ایجاد ترک های سرد
شرایط اساسی برای تشکیل ترک های سرد عبارتند از: تشکیل ساختار سخت شده در اتصالات جوشی. وجود و غلظت هیدروژن قابل انتشار؛ و وجود تنش کششی جوشکاری زیاد. این سه شرط بر یکدیگر تأثیر می گذارند و یکدیگر را ارتقا می دهند. در شرایط مختلف، هر یک از سه عامل ممکن است منجر به ایجاد ترک‌های سرد شود که در این میان هیدروژن قابل انتشار فعال‌ترین عامل ایجاد ترک‌های سرد است.
اقدامات پیشگیری از ترک سرماخوردگی
1) از الکترودها یا شارهای پایه برای کاهش محتوای هیدروژن قابل انتشار در فلز جوش استفاده کنید. الکترودهای قلیایی همچنین الکترودهای کم هیدروژن نامیده می شوند که می توانند محتوای هیدروژن در فلز جوش را کاهش دهند.
2) الکترودها و شار باید مطابق با الزامات مشخص شده قبل از استفاده خشک شوند. علاوه بر این، شیار و سیم جوش باید به دقت تمیز شود تا روغن، آب و لکه های زنگ زدگی حذف شود تا منبع هیدروژن کاهش یابد.
3) مشخصات جوشکاری معقول و ورودی گرما، مانند پیش گرم کردن قبل از جوشکاری، کنترل دمای بین لایه، خنک شدن آهسته پس از جوشکاری و غیره را برای بهبود وضعیت سازمانی جوش و منطقه متاثر از حرارت انتخاب کنید.
4) عملیات حرارتی را به موقع پس از جوشکاری انجام دهید. یکی انجام عملیات بازپخت برای از بین بردن استرس داخلی، تعدیل ساختار خاموش شده و بهبود چقرمگی آن است. دیگری انجام عملیات حذف هیدروژن برای فرار کامل هیدروژن از اتصال جوش داده شده است.
5) بهبود کیفیت فولاد، کاهش آخال های لایه ای در فولاد و اتخاذ تدابیری از طراحی سازه و فرآیند جوشکاری برای کاهش تنش کششی جوش در جهت ضخامت صفحه که می تواند از پارگی لایه ای جلوگیری کند.
6) اقدامات تکنولوژیکی مختلف را برای کاهش تنش جوش انجام دهید (برای جزئیات بیشتر به ترک های حرارتی، اقدامات پیشگیرانه مراجعه کنید)
3.3، کرک را دوباره گرم کنید
ترک های حرارتی مجدد از ناحیه دانه درشت در ناحیه متاثر از گرما جوشکاری منشا می گیرند که با شکست مرز دانه مشخص می شود. بیشتر ترک ها در قسمت های تمرکز تنش ایجاد می شوند. به طور کلی، زمانی که ناحیه جوش دوباره گرم می شود، تشکیل می شود، بنابراین به آن ترک گرما مجدد می گویند.
علل ترک های گرم شدن مجدد
به طور کلی اعتقاد بر این است که دلیل گرم کردن مجدد ترک ها این است که در طول گرم کردن مجدد، کاربیدهای محلول جامد فوق اشباع (عمدتا کاربیدهای وانادیوم و مولیبدن) در اولین فرآیند حرارتی دوباره رسوب می کنند و در نتیجه باعث تقویت درون دانه ای و لغزش می شوند. سویه بر روی مرزهای دانه آستنیت قبلی متمرکز می شود. ترک‌های گرمایشی زمانی ایجاد می‌شوند که ظرفیت کرنش پلاستیکی مرز دانه‌ها برای مقاومت در برابر کرنش‌های ناشی از تنش‌ها کافی نباشد.
اقدامات پیشگیری از ترک را دوباره گرم کنید
1) تنش باقیمانده و تمرکز تنش را کاهش دهید، مانند افزایش دمای پیش گرم کردن، خنک شدن آهسته پس از جوشکاری، و انتقال صاف بین جوش و فلز پایه.
2) با توجه به برآورده شدن الزامات طراحی، مواد جوش مناسب را انتخاب کنید تا مقاومت فلز جوش در دمای بالا کمی کمتر از فلز پایه باشد، تا تنش در جوش کاهش یابد و از ایجاد ترک در جوش جلوگیری شود. منطقه متاثر از گرما
3) در صورت اطمینان از استحکام اتصال در دمای اتاق، دمای بازپخت را برای کاهش تنش افزایش دهید و در نتیجه ذرات کاربید نسبتاً درشت را برای بهبود شکل پذیری در دمای بالا رسوب دهید.